Podstawowe pojęcia termodynamiki chemicznej

Podstawowe pojęcia
termodynamiki chemicznej
-
Układ i otoczenie, składniki otoczenia
Podział układów, fazy układu, parametry
stanu układu, funkcja stanu,
Reakcje endoenergetyczne i egzoenergetyczne
Termodynamika, układ i otoczenie
Termodynamika – nauka zajmująca się
zjawiskami związanymi z energią i jej
przekształceniami.
Układ i otoczenie:
 układ – wyodrębniony obszar materii,
oddzielony od otoczenia wyraźnymi granicami,
 otocznie – wszystko, co nie należy do układu.
Składniki układu – substancja o określonych
właściwościach fizykochemicznych znajdująca
się w układzie.
Podział układów ze względu na wymianę energii
między układem a otoczeniem, faza układu
Układy
Zamknięty
Otwarty
Wymienia masę
i energię
Wymienia tylko
energię
Izolowany
Nie wymienia masy
i energii
Faza układu – część układu spełniająca następujące warunki:
 Właściwości każdego elementu objętości w obrębie fazy są identyczne,
 Istnieje wyraźna granica dzieląca fazę od pozostałych części układu
 Na granicy faz występuje zmiana właściwości
Rodzaje faz ze względu na liczbę składników
 Faza jednoskładnikowa
 Faza wieloskładnikowa
Parametry stanu układu
Parametry stanu układu – wielkości fizyczne
określające stan układu:
 Ciśnienie (p)
 Temperatura (T)
 Objętość (V)
 Liczba moli (n)
Parametry intensywne – wartości niezależne od
masy układu (T, p)
Parametry ekstensywne – wartości zależne
proporcjonalnie od masy układu (V, n)
Funkcja stanu
 Funkcja stanu – wielkość fizyczna zależna
od parametrów stanu, której wartość nie zależy
od drogi przemiany, a jedynie od początkowego
i końcowego stanu układu:
 Bezwarunkowe funkcje stanu:
 U – energia wewnętrzna
 S – entropia (miara nieuporządkowania materii)
 H – entalpia jest funkcją stanu przy p = const.,
(energia wymieniona na sposób energii cieplnej
między substratami a produktami reakcji
w warunkach izobarycznych: ΔH = Hp - Hs)
 G – entalpia swobodna jest funkcją stanu
przy V = const.
Reakcja endoenergetyczna
Reakcja o ujemnym bilansie energetycznym (układ
reagujący pochłania energię z otocznia) : ΔH > 0
AB
E
C+D
Ea
A+B
ΔE > 0 (ΔH > 0)
t




A i B – substraty; AB – kompleks aktywny zdolny do przemiany w produkty
C i D – produkty reakcji
Ea – energia aktywacji – energia konieczna przejścia substratów w kompleks
ΔE – energia pochłonięta przez układ (entalpia reakcji)
Reakcja egzoenergetyczna
 Reakcja o dodatnim bilansie energetycznym (układ reagujący wydziela
energię z otocznia) : ΔH < 0
AB
E
Ea
A+B
ΔE < 0 (ΔH < 0)
C+D




t
A i B – substraty; AB – kompleks aktywny zdolny do przemiany w produkty
C i D – produkty reakcji
Ea – energia aktywacji – energia konieczna przejścia substratów w kompleks
ΔE – energia wydzielona przez układ (entalpia reakcji)
Katalizatory i inhibitory
 Katalizator – substancja wprowadzona do układu zmienia szybkość reakcji
 Katalizator dodatni – zwiększa szybkość reakcji (obniża energię aktywacji)
 Katalizator ujemny (inhibitor) – zmniejsza szybkość reakcji (podwyższa
energię aktywacji)
E
AB
ABk
Ea
A+B
Eak
ΔE (H)
C+D
t
 A i B substraty reakcji; C i D produkty reakcji
 Eak – energia aktywacji z udziałem katal.; Ea – energia aktywacji bez katatal.
 AB, ABk – kompleksy aktywne